[发明专利]一种钴酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，尤其是涉及一种钴酸锂的制备方法。

 

背景技术

在目前商品化的锂离子电池正极材料中，钴酸锂（LiCoO₂）由于电化学性能相对较为稳定，循环性能好，电压平台较高，与电解液的相容性好，其组成的正极膜片的压实密度可以达到4.1g/cm³ ，且不影响电池性能而被广泛地作为锂离子电池的正极活性物质。

目前传统的钴酸锂批量制备多采用工艺简单的高温固相工艺，靠高温下物质扩散形成LiCoO₂的晶体，需要的温度高，产物的粒径大，颗粒不均匀且有团聚现象，产物的电性能也受材料的形貌影响，材料的电性能和批次稳定性都有待提高。

例如，公开号CN1412121A，公开日2003年4月23日的中国专利，公开了一种锂离子电池正极活性材料钴酸锂的制备方法，该方法是将锂、钴按化学计量比混合均匀的原料分阶段热处理，经粉碎筛分后的钴酸锂用含沉淀剂的水洗涤，固液分离后的固相经干燥后得到所需样品。该方法主要是降低钴酸锂的碱性以改善钴酸锂的加工性能，但该方法依然是靠高温下物质扩散形成LiCoO₂的晶体，需要的温度高达800℃以上，不仅能耗高，得到产物的粒径大，颗粒不均匀，且有团聚现象，产物的电性能较差，同时，由于热处理的温度较高，高温烧结导致液态的碳酸锂容易聚集在物料上部，使得物料存在分层现象，造成钴、锂集中在物料的中层，而物料的上、下层钴、锂含量少，因此得到的钴酸锂均匀性与电性能差，高温还可能造成锂元素的析出，进一步降低钴酸锂的电性能。

 

发明内容

本发明是为了解决现有技术的钴酸锂制备方法温度高，得到钴酸锂的粒径大，颗粒不均匀，并有团聚现象，且在高温过程中易造成物料中钴、锂含量分布不均匀甚至导致锂元素析出的问题，提供了一种工艺步骤简单，制备温度低，制得的钴酸锂粒径小、颗粒均匀，可有效避免制备过程中钴、锂含量分布不均匀以及锂元素析出现象的钴酸锂的制备方法，通过该方法制得的钴酸锂循环稳定性佳。    

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种钴酸锂的制备方法，包括以下步骤：

（1）称取一定量的锂盐，以锂盐总摩尔量为基准，按水溶性有机物总摩尔量为锂盐摩总尔量50~70%的比例计量水溶性有机物。锂盐总摩尔量与水溶性有机物总摩尔量在这里均是指其中各物质的摩尔量之和，也就是根据各物质的质量及对应的摩尔质量计算得到各自的摩尔量后相加得到。

（2）将水溶性有机物与锂盐混合后，加入为水溶性有机物总质量10~20%的水，以100~300rpm的转速球磨2~5h，得预反应浆料。本发明中制备预反应浆料时的球磨速度为100~300rpm，球磨时间为2~5h，以便使溶性有机物与锂盐能快速均匀分散。

（3）在预反应浆料中加入含钴材料及为水溶性有机物总质量30~50%的水，其中，Li：Co的摩尔比为0.95~1.2：1，以50~80rpm的转速球磨6~12h后得反应浆料。含钴材料的粒径较大，预反应浆料中加入含钴材料后，各组分会发生团聚，球磨转速降低，球磨时间延长，以充分打开团聚的颗粒，使各组分均匀分散，形成粒径小且均匀的颗粒，这样最后制得的钴酸锂粒度更细更均匀，团聚少，有利于电性能的提高，同时，利用球磨产生的能量，水溶性有机物可与锂盐、含钴材料发生络合，使锂离子和钴离子能始终保持均匀分散，在焙烧过程中，物料中各组分能始终保持均匀分布，不会造成分层现象，而且水溶性有机物还可避免锂元素的析出，使得最后得到的钴酸锂组分稳定、均一，钴酸锂的电性能佳，此外，水溶性有机物还能大大降低产物钴酸锂的成相难度，从而大大降低成相温度，也就是焙烧温度，降低了能耗，此外，水溶性有机物在热处理过程中能起到空间位阻的作用，不但能有效防止锂元素的析出，而且还能抑制了钴酸锂的晶粒过度生长，降低产物团聚现象的发生，使得最后烧结后的钴酸锂晶粒小、粒度均匀、团聚少。

（4）将反应浆料烘干。

（5）将烘干后的反应浆料在空气氛围下焙烧，得钴酸锂。

作为优选，锂盐为碳酸锂、氢氧化锂中的一种或两种。锂盐还可为草酸锂、醋酸锂等，优选碳酸锂、氢氧化锂，得到钴酸锂产率高且纯度好。

作为优选，所述水溶性有机物为柠檬酸、葡萄糖、蔗糖、丙烯酸、草酸及抗坏血酸中的一种或多种。